Sinek, örümcek ve Gecko kertenkelesi... Ortak özellikleri her türlü zemin üzerinde düşmeden yürüyebilmek.
Ayak tabanlarında yapışkan bir madde salgılayan sineğin aksine, örümcek ve Gecko kertenkelesi bu yetilerini özel ayak anatomisine borçlular. Bilim şimdi bu hayvanların özelliklerini taklit etmeye çalışıyor.
Sinekler ayak tabanlarında salgıladıkları yapışkan bir madde sayesinde en kaygan zemin üzerinde bile düşmeden durabiliyorlar. Duvarda ve tavanda yürüyebilmelerini de bu maddeye borçlular. Fakat örümcekler kuru ayaklarla yapışıyor. Tarama mikroskobunun altında incelendiğinde, örümcek ayağında ince kılcıklar görünür, bunların ucunda da çok daha inceleri vardır. Ama sıvı görülmez.
Dört yıl önce bu özellikleri Evarcha arcuata cinsi örümcekte hayretle fark eden Alman zoolog Antonia Kessel, örümceğin nano incelikteki kılcıklarındaki (setulae), yapışma veya tutunma kuvvetini ölçmeye hazırlandığında Nature dergisinde konuyla ilgili ilginç bir araştırma yayımlandı: Gecko kertenkelesinin ayağındaki kılcıkların yapışma kuvveti.
En başarılısı Gecko
Gecko, kaygan duvarlarda yürüyebilen en büyük hayvan olarak bilinir.
Amerikalı bilim adamları da kapiler kuvvetlerden yararlanan kertenkelenin yapışkan maddeye ihtiyacı olmadığını bulmuşlardı. Bilim adamları tutunma yetisinin arkasında Van-der-Waals kuvvetlerinin gizli olduğunu öne sürüyorlardı.
Van-der-Waals kuvvetleri moleküler alanda etkiyen minik elektrostatik çekim kuvvetleridir. İki molekül veya iki atom birbirine yeterince yaklaştığında, birbirlerini nano-Newton boyutunda çekiyorlar.
Van-der-Waals kuvvetleriyle örneğin çok düşük sıcaklıklardaki gaz kristallerinin varlığı açıklanmakta. İki alan arasındaki moleküller toplu halde birbirlerine yaklaştıklarında makro alanda da hissedilen çekim kuvvetleri oluşmakta.
Nasıl başarıyor
Bu temas Gecko kertenkelesinin ayaklarındaki milyarlarca nano kılcıkla gerçekleşmekte. Bilim dilinde spatula olarak adlandırılan bu kılcıkların her biri 200 nanometre kalınlığında. 50 Ğ 100 gram ağırlığındaki hayvan olağanüstü yetisi sayesinde 10 Newton’luk tutunma kuvvetiyle duvarlara yapışabiliyor. Hayvanın tek ayakla bile her türlü zemine tutunabilmesi yapışma kuvvetinin en azından kendi ağırlığından daha büyük olduğunu kanıtlamakta.
Anlaşıldığı üzere Van-der-Waals kuvvetleri evrim tarafından birbirinden bağımsız olarak birkaç kez keşfedilip yararlı bulunmuştu. Çünkü bu tutunma kuvvetlerinden örümcekler ve böcekler de yararlanmakta. Ancak ilkeyi mükemmelleştiren Gecko kertenkelesi.
Yapışkan maddesi neden yok?
Bilim adamları sineklerin, örümceklerin, böceklerin ve Gecko kertenkelesinin ayaklarını ayrıntılı bir şekilde incelediler. Gecko kertenkelesi ile karşılaştırıldığında, sineklerin ayaklarındaki tutunma yapıları daha kaba kalıyor.
Yüksek çözünürlüklü mikroskoplar, evrimin, ayrıntıda çok farklı çözümler ürettiğini göstermekte. Böceklerin kıl uçlarında at nalı biçiminde bir yapı bulunurken, sineklerin tutunma yetisi gürze benzer bir tutunma sisteminde gizli.
Peki ama son derece enerjik olan sinekler salgı üretirken, örümcekler ve bedenleri ağır olan Gecko kertenkelesi niçin yapışkan madde olmaksızın yapışmakta? Ölü bir Gecko cama niçin doğru dürüst yapışmıyor. Bilim adamlarının tahminlerine göre tutunma kılcıklarının gerilmesine bağlı bir tür "tutunma pençesi" gibi anlaşılmamış biyomekanik etkiler var.
Gecko bant geliyor
Stuttgart Max-Planck Metal Araştırmaları Enstitüsü yöneticisi Eduard Arzt, Gecko’nun tutunma yetisinden esinlenerek, mikro yapılı yapışkan yüzey üretme yöntemi geliştirdi.
Bu yöntem, Van- der- Waals kuvvetlerine dayanıyor ve mikro alanda olduğu kadar makro alanda da müthiş çözümler vaat ediyor. Mesela bir "Gecko-bant", yapışkanlı not kağıdından (Post-it) yüz misli daha iyi yapışmasına rağmen, hiç iz bırakmadan yerinden çıkartılabilir.
Veya örümcek post-it
Dahası çamurda yürüyen kertenkelenin ayaklarının bir müddet sonra temizlendiğini düşünürsek, Gecko bandı da kendi kendini temizleyecektir. Bu açıdan bakıldığında Gecko-bant, emici ve manyetik bağlantılar dışında cırt cırtlı bantların yerini de alabilir.
Bugün artık gündelik yaşamımıza giren robotlar da alet değiştirmek yerine "Gecko bant"lardan yararlanabilirler. Bunlar örneğin cam temizleyen robotlar veya uzayda ya da ev işlerinde kullanılan yapışkanlı yüzeyler de olabilir.
Mesela duvara yapıştırılan ve iz bırakmadan kolayca yapıştırılan resimler gibi. Arzt ve araştırma ekibinin bu yıl bilim ödülünü almasından sonra özellikle plaster, bebek bezi üreticileri, marangozlar ve kimya endüstrisi yeni gelişmeye büyük ilgi gösterdi.
Yeni ürünün "Gecko-bant" mı yoksa "Örümcek-Post-it" olarak mı adlandırılacağı henüz bilinmiyor ama bu konuda rekabet eden üç ila dört grup var. Nano yapıştırıcı bandın piyasaya çıkması birkaç yılı bulabilir.
Sonuçta nano alandaki manipülasyonlar henüz emekleme evresinde. Bilim adamları kısa bir süre önce oltu böceğinin (Gastrophysa viridula), yapışkan kılcıklarını yalıtıp, tutunma kuvvetini ölçmeyi denediler.
Alman bilim adamları ise tram mikroskobuyla ilk kez Gecko spatulalarındaki Van der Waals kuvvetini ölçmeye başardılar. Fakat bu tür yapışkan yüzeyleri taklit etmek çok zor. Örneğin yapışkan kılcıklar, daha iyi yapışması için daha ince üretildiğinde çıkarılırken yırtılmakta. Ve anlaşıldığı kadar, Gecko ayağındaki yapışma sistemi baştan aşağı çok daha elastik. Arzt, Gecko ayağındaki yapışma sisteminin kimyasal olarak taklit edilmesinin gerçekten de çok zor olduğunu itiraf ediyor.
Örümceğin gücü
Die Zeit’de yer alan habere öre, Antonia Kesel’in bu konuda bir iyi bir de kötü haberi var. Yapışkan kılcıkların ne şekilde işlediğini bildiğini öne süren araştırmacı, sıçrayan örümcekte (Evarcha arcuata) toplam 624.000 tutunma noktası saymış. Bunlardan her biri 41 Nano-Newton’luk bir kuvvetle yapışmakta. Yaklaşık olarak 15mg ağırlığındaki örümcek, 170 misli yapışkan kuvvete güvenebilir.
Yani örümcek dört ayağıyla bir sineği tutarken, diğer dört ayağıyla da kaygan bir yaprağa tutunabilir. Diğer bilim adamları gibi bu yetinin arkasında Van-der-Waals kuvvetlerinin etkidiğini düşünen Kesel de yapay örümcek ayağı üretmede pek başarılı olamamış.
Ve polimer kimya uzmanları, en ince kılcıklarla bir halı üretmişler. Nano kılcıklarından oluşan halının utunma kuvveti gerçekten de olağanüstü. Fakat yapay örümcek kılcıkları yüzeylere değil sadece birbirleriyle yapışıyorlar.
Bu da bilim adamlarının çözmeleri gerektiği en önemli sorunlardan biri.
Sinekler ayak tabanlarında salgıladıkları yapışkan bir madde sayesinde en kaygan zemin üzerinde bile düşmeden durabiliyorlar. Duvarda ve tavanda yürüyebilmelerini de bu maddeye borçlular. Fakat örümcekler kuru ayaklarla yapışıyor. Tarama mikroskobunun altında incelendiğinde, örümcek ayağında ince kılcıklar görünür, bunların ucunda da çok daha inceleri vardır. Ama sıvı görülmez.
Dört yıl önce bu özellikleri Evarcha arcuata cinsi örümcekte hayretle fark eden Alman zoolog Antonia Kessel, örümceğin nano incelikteki kılcıklarındaki (setulae), yapışma veya tutunma kuvvetini ölçmeye hazırlandığında Nature dergisinde konuyla ilgili ilginç bir araştırma yayımlandı: Gecko kertenkelesinin ayağındaki kılcıkların yapışma kuvveti
